WWW.PDF.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Разные материалы
 

«Ф к л т т ачоо бчня а у ь е зонг оуеи МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по дисциплине «СИСТЕМНАЯ ЭКОЛОГИЯ» Сеилнсь 320300 - геоэкология пцаьот П д е и взрт о л ж т овау н ф к л т т ачоо бчня а а у ь е зонг ...»

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Ф к л т т ачоо бчня

а у ь е зонг оуеи

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по дисциплине

«СИСТЕМНАЯ ЭКОЛОГИЯ»

Сеилнсь 320300 - геоэкология пцаьот П д е и взрт о л ж т овау н ф к л т т ачоо бчня а а у ь е зонг оуеи РГГМУ Санкт-Петербург О о рн У е ы с в т мф к л т т эоои д беа ч н м о е о а у ь е а клги и иии ррдо сеы Г М фзк пионй рд Р Т У УДК (577.4+577.1)001.57 Методические указания по дисциплине «Системная экология» для высших учебных заведений. - СПб.: РГГМУ, 2010. - 39 с.

С с а и е ьВ.В. Дмитриев, д-р геогр. наук, проф.

отвтл:

О в т т е н йр д к о : В.А. Шелутко, д-р геогр. наук, проф.

те с в н ы еатр РГГМУ Р ц н е т В.Н. Мовчан, д-р биол. наук, проф., заведующий ка­ еезн:

федрой геоэкологии и природопользования СПбГУ, В методических указаниях даются пояснения к изучению ос­ новных разделов курса «Системная экология», приведены вопросы для самопроверки и контрольная работа. Контрольная работа вы­ полняется по основным разделам курса с использованием персо­ нального компьютера. Приводится конспективное изложение ма­ териала по четырем основным лекциям курса «Системная эколо­ гия» (для 0 3 0 ).



Методические указания предназначены для студентов эколо­ гов, геоэкологов, природопользователей гидрометеорологиических и географических факультетов университетов.

^ © Дмитриев В.В., 2010 Российский государственный гидрометеорологический гедривг-.^алидаогвйй ундарситуриверситет (РГГМУ), 2010

БИБЛИОТЕКА

т т, СПЙ, М&«к»даш«гай пр., 98

ПРЕДИСЛОВИЕ

Курс «Системная экология» является одним из завершающих предметов в системе подготовки студентов экологов и геоэкологов гидрометеорологического профиля и имеет целью дать слушате­ лям комплекс знаний и навыков по совокупности принципов, кон­ цепций, методов системного анализа применительно к экологии и геоэкологии. Системная экология как формализованный целост­ ный подход стала самостоятельным разделом общей экологии в результате развития системологии, современных формальных ма­ тематических методов, информатики, обработки данных на ПК и т.д., а также формального упрощения сложных систем. В курсе освещаются проблемы, связанные со становлением, развитием и внедрением в экологию математических методов, а также методов формального упрощения сложных экологических систем и геосис­ тем на основе моделей. Рассматриваются: свойства сложных сис­ тем, основные принципы системологии, баланс масс и баланс ско­ ростей в моделях экосистем; история создания и возможности мо­ делей: роста популяций и биопродуктивности, питания гетеротрофов и отношений в системе «хищник-жертва», бактериальной про­ дукции и биохимического окисления органических веществ, биогеохимических циклов биогенных элементов, функционирования водных экосистем, глобального развития и др.

Программа составлена с учетом того, что студенты изучили предусмотренные учебным планом предметы, в которых освеща­ ются проблемы мониторинга, обработки и анализа данных гидро­ метеорологических наблюдений, оценки качества и токсического загрязнения среды, охраны природы, моделирования отдельных процессов механического переноса компонентов в водных объек­ тах, и готовы приступить к изучению моделей функционирования сложных систем в природе и обществе.

Те вопросы, которые изложены в курсе, не рассматривались ранее в других курсах или же даются здесь в форме, позволяющей углубить их изучение. Это, прежде всего: методологические осно­ вы построения точечных, блочных и непрерывных моделей экоси­ стем, геосистем, социосистем; подходы к моделированию удель­ ных скоростей обменных процессов в экосистемах; оценка внутри­ годового цикла функционирования водных экосистем; тактика и стратегия получения адаптивных ответов развития экосистем на основе моделирования; выявление критических состояний и пре­ делов антропогенного воздействия на экосистемы, и др.

Изучив курс, студенты должны знать:

- основные понятия и принципы системологии и их связь с законами экологии, основные стадии системного анализа в изуче­ нии природных систем;

- методы и этапы построения экологических моделей, задачи, которые необходимо решить при построении экологической модели;

- вид основных моделей: роста популяций и биопродуктивно­ сти, первичного продуцирования органического вещества в водной экосистеме и факторов его определяющих; питания гетеротрофов, отношений в системе «хищник-жертва»; трат на обмен живых ор­ ганизмов; бактериальной продукции и биохимического окисления органических веществ; биогеохимических циклов биогенных эле­ ментов, функционирования водных экосистем, глобального разви­ тия. Рассматриваются преимущества и недостатки моделей, рас­ смотренных в курсе;

- критерии и этапы исследования адекватности экологических моделей и методы получения на их основе индексов и интеграль­ ных показателей, характеризующих состояние и качество природ­ ных, природно-антропогенных, социо-эколого-экономических сис­ тем.

Студенты должны уметь:

- обосновать необходимость применения и практического ис­ пользования методов экологического моделирования в практике решения географо-экологических задач;

- выполнять расчеты интенсивностей и скоростей процессов массообмена на основе рассмотренных моделей с использованием ПК;

- проводить анализ результатов моделирования и получать обобщённые индексы, характеризующие состояние экосистем и воздействия на них на основе результатов моделирования.

Основные разделы курса студенты изучают самостоятельно по темам с использованием основной и дополнительной литерату­ ры, рекомендованной в указаниях. В' конце каждого раздела при­ водятся основные вопросы для самопроверки, которые могут быть включены в перечень экзаменационных тестовых заданий и вопро­ сов. Наиболее сложные и мало освещенные в литературе разделы курса и отдельные вопросы будут изложены на лекциях в период экзаменационно-лабораторной сессии. Для подготовки к занятиям приводятся конспекты лекций, вопросы и списки литературы по лекциям.

В период подготовки к сессии студенты выполняют кон­ трольную работу, в состав которой входят задания по основным разделам курса. Ход выполнения контрольной работы разбирается на установочной лекции или на занятии в период экзаменационно­ лабораторной сессии. В заданиях приведено конспективное теоре­ тическое изложение материала, расчетные параметры и константы.

Исполнитель оформляет расчетную часть, графическое представ­ ление на основе ПК полученных данных, кратко анализирует по­ лученные результаты. Контрольная работа, имеет эколого-гидрометеорологическую направленность и должна способствовать ус­ воению основных разделов курса, приобретению навыков практи­ ческого и прикладного использования экологических моделей.

При выполнении контрольной работы необходимо соблюдать следующие требования:

1. В теоретической и методической частях излагаются, цель, задачи и содержание исследования, возможные подходы к реше­ нию поставленной задачи, приводятся основные расчетные формулы с указанием их номера в круглых скобках. При оформлении контрольной работы студентами не рекомендуется полное дослов­ ное цитирование содержательной части задания, а также повторе­ ние приведенных в них в качестве: примера расчетов (результатов).

2. При выполнении расчетной части работы необходимо при­ держиваться этапов содержания работы, данных в указаниях.

Ссылка на формулы, приведенные в тексте работы, обязательна.

Результаты работы должны быть представлены в распечатанном на принтере виде и проанализированы.

3. Графические материалы, полученные с помощью ПК, должны содержать оси координат и обозначения к ним с указани­ ем размерности, номер рисунка и подрисуночную подпись. Табли­ цы должны иметь название и номер. Название графиков и таблиц должны содержать названия параметров, авторство (источник) ис­ ходной информации. В тексте анализа контрольной работы необ­ ходимо делать ссылки на таблицы и рисунки.





4. В заключение работы приводятся основные выводы и пе­ речень использованной литературы.

5. Не допускается коллективное представление контрольной работы несколькими студентами и копирование (дублирование) работы из одного файла.

Студенты самостоятельно выполняют работы в сроки, преду­ смотренные учебным планом, и допускаются к экзаменационнолабораторной сессии, (и зачету) только при наличии зачтенной контрольной работы. Сдача зачета без выполнения контрольного задания не допускается.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Абакумов В.А. Гидробиологический контроль пресноводных экосистем. - М.:

Гидрометиздат, 1983, 318 с.

2. Айзатуллйн Т.А., Шамардина И.П. Математическое моделирование экосистем континентальных водотоков и водоемов // Общая экология. Биоценология.

Гидробиология. М., 1980. Т.5. (Итоги науки.и техники ВИНИТИ АН СССР), с. 154-228.

3. Гольцова В.В., Дмитриев В.В. Практикум по водной экологии и мониторингу состояния водных экосистем. Изд. Наука - СПб., 2007. - 364 с.

4. Дедю И.И. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев, 1990.

5. Дмитриев В,В. Диагностика и моделирование водных экосистем., СПб., СПбГУ, 1995,215 с.

6. Дмитриев В.В. Методические указания к практикуму по моделированию круго­ ворота вещества в водных экосистемах. Часть I., СПб, СПбГУ, 2002, с.16-19.

7. Дмитриев В.В., Ж иров А.И., Ласточкин А.Н. Прикладная экология. Учебник для студентов высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2008, 608 с.

8. Дмитриев В.В., Третъяков В.10., Пряхина Г.В., Федорова И В. Методические указания к практикуму по моделированию 1фуговорота вещества в водных экосистемах. Часть И. (Методические указания). Учебно-методическое изда­ ние. СПб, Изд. СПбГУ, 2007, 47 с.

9. Дмитриев В.В., Фрумин Г.Т. Экологическое нормирование и устойчивость природных систем. Учебное пособие. СПб., 2004, 294 с.Дородницын А.А. Математика и описательные науки // Число и мысль, 1982, вып.5., М., «Знание», с.6-15.

11. Математическое моделирование в экологии. Под ред'‘ А.М.Молчанова, М., «Наука», 1978,179 с. '

12. М одели природных систем. П од ред. В.И.Гурмана, И.П.Дружинина, Н овоси­ бирск, «Наука», 1978, 222 с.

13. Одум Ю. Основы экологии М., 1975.

14. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М., 1990.

15. РозенбергГ.С. М одели в фитоценологии., М., «Наука», 1984, 265 с.

16. Сергеев Ю.Н. М оделирование экологических систем /Основы геоэкологии.

Изд. СПбГУ, 1994, с.297-349.

17. Сергеев Ю.Н., Супин Лю. М одели водных экосистем. СПб, Изд. «ГеоГраф», 2005,320 с

18. Снакин В.В., Мельченко В.Е., Бутовский P.O. и др. Оценка состояния и устой­ чивости геосистем. М. ВНИИ природа, 1992.

19. Стрспикраба М., Гнаук А. Пресноводные экосистемы. Математическое моде­ лирование / Пер. с англ. В.А. Пучкина; под ред. В.И. Беляева. М., 1989.

20. Управление риском : риск, устойчивое развитие, синергетика. П од ред. И.М.

М акарова. М., Наука. 2000.431 с.

21.Х ованов Н.В. Анализ и синтез показателей при информационном дефиците.

СПб., 1996.

22. Шитиков В.К., Розенберг Г. С., Зинченко Т.Д. Количественная гидроэкология:

методы, критерии, решения: в 2 кн., М.: Наука, 2005, кн. 1,- 281 с., кн.2 - 337 с.

Дополнительная

23. Анохин Ю.А., Горстко А.Б., Дамешек Л.Ю. Математические модели и методы управления крупномасштабным водным объектом / П од ред.

Г.Н.Константинова; Новосибирск, 1987.

24. Арефьев Н.В., Дмитриев В.В., Осипов Г.К., Осипов А.Г. Эколого­ экономическое обоснование сбалансированных форм регионального развития в системе “общество-природа” (цели, задачи, решения). Часть II. СПб, Изд-во СПбГПУ, 2003. Раздел монографии: «Эколого-географическая оценка природно-аграрного потенциала территории на основе квалиметрического анали­ за» с.242-288

25. Бигон М., Харпер Дж., Таузенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества.

В двух томах. М., «Мир», 1989.

26. Громов Б.В., Павленко Г.В. Экология бактерий. JI.,1989.

27. Дадаян B.C. Орбиты планетарной экономики. М., 1989, 192 с.

28. Дмитриев В.В. Что такое экологическая оценка и как построить интегральный показатель состояния природной или антропогенно-трансформированной эко­ системы / Вопросы прикладной экологии. Сборник научных трудов РГГМУ, СПб, РГГМ У, 2002, с.23-30.

29. Дмитриев В.В. П рограмма дисциплины «Системная экология» для высших учебных заведений, (программа дисциплины для высших учебных заведений).

Издательство РГГМУ, СПб, 2002, 11 с.

30. Дмитриев В.В. М етодические указания по дисциплине “Системная экология” Специальность 320300 - Геоэкология. Курс V (методические указания по дисциплине). Издательство РГГМ У, СПб, 2001, 27 с.

31. Дмитриев В.В. Баланс естественной и общественной географий и является ли этнос геосистемой / Географические и геоэкологические аспекты развития природы и общ ества. Сборник научных статей по материалам отчетных науч­ но-практических конференций 2006-2007 гг. П од ред. Каледина Н.В., Дмит­ риева В.В., Алиева Т.А., СПб, Наука, 2008, с. 34-51.

Дмитриев В.В. Прикладная экология в системе высшего географического и 32.

экологического образования / Вопросы прикладной экологии. Сборник науч­ ных трудов РГГМ У, СПб, РГГМ У, 2002, с.90-96.

Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишов В.Н. Инженерная экология. Общий 33.

курс в д вух томах, М., 1996.

Меншуткин В.В. Имитационное моделирование водных экологических сис­ 34.

тем., СПб., 1993, 158 с.

35. М ногокритериальные географо-экологические оценки состояния и устойчи­ вости природных и урбанизированных систем. П од ред. В.В. Дмитриева и Н.В. Хованова. Деп. ВИ НИТИ 01.09.2000, № деп.2342В 00, 275 с.

36. М оделирование процессов переноса и трансформации вещества в море. П од общ ей редакцией Ю.Н.Сергеева. JL, И зд. ЛГУ, 1979, 291 с.

37. Самоочищение водоемов и биологическая очистка сточных вод / Общая эко­ логия. Биоценология. Гидробиология. Том 4., М., 1977, 220 с.

Сергеев Ю.Н., Кулеш В.П., Дмитриев В.В., Третьяков В.Ю. и др. Экосистема 38.

озера Ильмень и его поймы. И зд. СПбГУ, 1 9 9 5,215с.

Федоров М.П., Романов М.Ф. М атематические основы экологии. СПб, 1999, 39.

155 с.

40. Экология предприятия. П од редакцией: М иронов С.М. (отв. редактор), Волкова И.И., Дмитриев В.В., Донченко В.К., Засядь-Волк В.В., Каледин Н.В., Маркова Ю.Л., Меланевская Л. А., Мишуков Д.М., Издат. дом М ЦФЭР, 2 0 0 7,8 0 0 с.

Введение Прежде чем приступить к изучению курса «Системная эколо­ гия» необходимо уяснить, что каждая наука имеет свой специфи­ ческий объект исследования, цель и метод (методы) исследования.

На вводной лекции разбираются объект исследования, цель и ме­ тод (методы) исследования географии, экологии, геоэкологии, природопользования и др. Указать специфику объектов, цели, за­ дач и методов системной экологии. Предложить возможные опре­ деления системной экологии как раздела экологии, обобщающего совокупность принципов и концепций системного анализа приме­ нительно к экологии. Дать определение системного анализа как перевода известных физических, химических, биологических представлений об окружающих человека сложных системах в при­ роде и обществе в ряд математических зависимостей и операций над ними. Обсуждаются ключевые понятия: модель, экологическая модель, моделирование, имитационная модель, портретная модель.

Необходимо обосновать актуальность, новизну, инновацион­ ность и практическую значимость данного научного направления, исходя из основных стадий системного анализа, применительно к исследованию сложных природных систем. Определяются поня­ тия: оценка, оценка состояния системы, диагностика природного объекта, состояние природной системы и его оценка, состояние геосистемы, режим, эколого-географическая оценка, вектор со­ стояния системы. Приводятся примеры описания состояния вод­ ной экосистемы (построения вектора системы) на основе простых (аддитивных) и сложных (неаддитивных, эмерджентных) систем­ ных параметров.

Л ит ерат ура Конспект лекции № 1; [ 4 ] - с.285, [ 5 ] - с.21-24, [ 1 5 ] —с. 1 1,[ 29 ], [ 32 ].

В опросы для самопроверки:

1. О пределение системной экологии. Объект, цель и методы исследования эко­ логии, специфика системной экологии.

2. Соотнош ение системной экологии и смежных наук.

Сложные системы и их основные свойства В начале курса основное внимание уделяется основным дефи­ нициям: элемент сложной системы, структура, система, субъектобъектные отношения в природных, природно-антропогенных, социо-эколого-экономических системах. Рассматриваются про­ стые и сложные системы, системообразующие связи, признаки систем по А.С. Саркисяну. Анализируется описательный и точный периоды в развитии наук по акад. А.А. Дородницину, стадии (эта­ пы) развития новых направлений в науке. Рассматривается связь теории сложных систем (системологии) и системной экологии.

Исследуются характерные свойства системных связей. Вво­ дятся понятия скорости и удельной скорости (интенсивности) про­ цессов обмена веществом в экосистемах, учет нелинейности в оценке скоростей процессов обмена.

Подробно рассматриваются основные стадии системного ана­ лиза применительно к исследованиям сложных систем в природе и обществе. Рассматриваются основные черты сложных систем (большое число взаимосвязанных качеств - сложность структуры;

нелинейность связей; сложность поведения - выбор решения, стратегической цели; простые и сложные системные параметры).

Проводится обобщение неаддитивных (эмерджентных) признаков сложных систем. Рассматриваются: устойчивость, надежность, продолжительность жизни, живучесть, целостность, повторяе­ мость, неидентичность, упорядоченность, эмерджентность и воз­ можности их количественной оценки.

Литерат ура.

К онспект лекции № 1, [5 ] - с.24—29, [ 10 ] - с.6 -1 5, [ 15 ] - с. 12-16, [ 4 ] - с. 185, [ 29 ], [ 14 ] - с.475.

Вопросы для самопроверки:

Описательный и точный периоды развития науки по акад. А.А. Дородницыну.

1.

3. Системный анализ. Системный подход. Основные стадии системного анализа применительно к исследованию сложных природных систем.

4. Основные черты сложных систем.

5. Неадцитивные (эмерджентные) свойства сложных систем (устойчивость, про­ должительность жизни, живучесть и др.).

6. Скорость и удельная скорость (интенсивность) обменного процесса.

7. Экологическая модель и ее отличие от других моделей.

Компоненты экосистем и геосистем и внутрисистемные связи Дается определение понятий: компонент природный,, экологи­ ческий, средообразующий; рассматриваются: биотические и абио­ тические компоненты водных экосистем. Обсуждается иерархия экосистем и геосистем, ранги экосистем и геосистем, границы эко­ систем и экотоны, понятие сукцессии, концепция климакса. Особо подчеркивается роль скрытых от наблюдения внутрисистемных связей в функционировании природной системы. Дается понятие «странного аттрактора» с точки зрения скрытых от непосредст­ венного наблюдения структур и периодичностей в природных эко­ системах.

Обсуждается история взглядов на соотношение детерминиро­ ванного и случайного в моделях мира и эволюции. НьютоновоКартезианская модель мира и «демон Лапласа». Вероятностная модель. Новое учение об эволюции и синергетика. Универсальная модель (схема) эволюционного процесса. Роль случайности в эво­ люции.

Компоненты экосистем и геосистем. Требования к выбору компонентов в экологических моделях. Основные компоненты, процессы и возможности их моделирования. Постоянство химсо­ става компонентов биоценоза и детрита в моделях.

Лит ерат ура Конспект лекции № 2, [ 5 ] - с.2 1 -2 2, 2 4 -2 7, [ 14 ] - с. 1 9 4-197, [ 16 ], [ 31 ]

Вопросы для самопроверки:

1. Иерархия экосистем и геосистем.

2. Внутрисистемны е связи и возмож ности их исследования.

3. Ньютоново-Картезианская модель мира и «дем он Лапласа».

4. Роль случайности в эволюции. П очем у эволюция необратима.

5. Биотические и абиотические компоненты наземных и водных экосистем.

Законы экологии и основные принципы системологии Подробно рассматриваются основные принципы теории сложных систем (системологии): «интегративных уровней» - со­ временный аналог принципа «бритвы Оккама», «контринтуитив­ ного поведения сложных систем» Дж.Форрестера, «множествен­ ности моделей», «осуществимости» Б.С. Флейшмана, «несовмес­ тимости» (Самарский, 1979, Заде, 1974) и принципы системности (Ворощук, 1982). Рассматриваются основные законы экологии, фитоценотические принципы Жаккара, закон экологического разнооб­ разия (биоценотические принципы ТйнемаНа), закон необходимого разнообразия (системологический). На примере закона внутреннего динамического равновесия (ВДР) и следствий из него характеризу­ ется связь принципов системологии и законов экологии.

В.И.Вернадский и законы существования биосферы. Положе­ ния Вернадского о биосфере и пример их современной интерпре­ тации. Законы Б.Коммонера. Фитоценотические принципы Жакка­ ра. Закон экологического разнообразия (биоценотические принци­ пы Тинемана). Закон необходимого разнообразия. Системный подход и проблема целостности.

Литерат ура К онспект лекции № 2, [ 6 ] - с.6 - 1 1, [ 14 ], [ 15 ]- с.142 - 167, [ 31 ]

Вопросы для самопроверки:

1. Ф итоценотические принципы Жаккара.

2. Закон экологического разнообразия (биоценотические принципы Тинемана) и его современная интерпретация.

3. Основные принципы системологии и законы экологии.

4. Принцип интегративных уровней (иерархической организации сложных сис­ тем) - современный аналог принципа «бритвы Оккама».

5. Принцип контринтуитивного поведения сложных систем Д ж. Форрестера.

6. Принцип множественности моделей.

7. Принцип осущ ествимости (Б.С. Флейшмана).

8. Принцип несовместимости (Самарский, 1979, Заде, 1974).

9. Приведите пример использования на практике принципов системологии для построения моделей.

Математические модели в экологии Исследуются этапы математизации экологии. Рассматривают­ ся принципы классификации моделей (по характеру использова­ ния, по целевой нагрузке, по вещественной реализации). Приво­ дится классификация моделей по соотношению вклада в их по­ строение человека и ПК Вводится понятие «имитационная мо­ дель» (по Н.Н.Моисееву и Г.С.Розенбергу). Отмечается, что ими­ тационная модель используются для предсказания структуры и поведения сложных систем. Положительные и отрицательные сто­ роны и цели имитационного моделирования Прогноз функциони­ рования и развития экосистем. Проблемы экологического прогно­ зирования. Критерии соответствия моделируемых и измеренных значений компонентов. Рассматриваются: содержание метода имитационного (англ. simulation) моделирования. Подчеркивается, что модель экосистемы должна быть адекватна самой экосистеме, в связи с этим рассматриваются: адекватность моделей, три крите­ рия адекватности, праксеологичность и «гармонизация» моделей, положительные и отрицательные стороны имитационного модели­ рования. Обобщаются выводы о проблемах, стоящих перед разра­ ботчиками имитационных моделей по Т.А. Айзатуллину и И.П. Шамардиной (1980); Ю.Н. Сергееву (1994) и др.

Принципы классификации моделей. Классификация моделей сложных систем по соотношению вклада в их построение разра­ ботчика модели (человека) и ПК. Этапы математического модели­ рования сложных систем (по В.В. Дмитриеву, 2000). Баланс массы и уравнения баланса скоростей массообмена. Графическая интер­ претация баланса масс и баланса скоростей в экологических моде­ лях. Виды графической интерпретации моделей и типичные ошиб­ ки визуализации.

Л ит ерат ура Конспект лекции № 2, [ 2 ] - с.1 5 4 -1 7 3, [ 5 ] - с.5 -3 3, [6 ], [15] - с.2 2 -3 2, [16], [17]

–  –  –

Основные проблемы, решаемые при создании имитационных экологических моделей Изучаются: формулировка задач и выбор структуры моделей, выбор существенных переменных и их агрегирование, способ уче­ та внешних воздействий, способы отражения пространственной структуры, способы моделирования транслокации и трансформа­ ции компонентов; выделение факторов, лимитирующих первич­ ную продукцию; выбор способов описания метаболизма; проверка адекватности моделей (по Т.А. Айзатуллину и И.П. Шамардиной).

Необходимо уяснить разницу в способах представления геопро­ странства в моделях, различия между точечными, блочными, не­ прерывными моделями, выявить связи между ними (по В.В. Дмитриеву, 1995). Рассматривается пример точечной CNPXмодели, примеры блочных моделей.

Обобщается опыт исследователей по этапам математического моделирования сложных систем (по Г.С. Розенбергу, Б.С. Флейшману, Б.М. Миркину, 1984; В.В. Дмитриеву, 2000): формулиро­ вание целей, качественный анализ, синтез модели, верификация модели, исследование модели, экспериментирование с моделью.

Иллюстрация отдельных этапов сопровождается показом диа­ грамм потоков вещества и энергии Линдемана-Одума, Форрестера, и диаграмм круговорота вещества В.В. Дмитриева.

Рассматривается обоснование выбора моделей. Стохастиче­ ские и детерминированные модели. Введение стохастичности в детерминированные модели. Анализ чувствительности моделей при изменении модельных параметров. Приводятся примеры кри­ териев соответствия моделируемых и измеренных значений ком­ понентов.

Литерат ура Конспект лекции № 3, [ 2 ] - с. 155 -1 7 3, [ 5 ] - с.29 - 34, [ 15 ] - с.4 1 -1 3 3, [ 16 ] с.297 349, [ 1 7 ].

Вопросы для самопроверки:

1. Диаграммы Л индемана-Одума потоков вещества и энергии в экосистемах.

Диаграммы круговорота вещества в экосистемах.

2. Баланс масс и баланс скоростей массообмена.

3. Основные проблемы, решаемые при создании имитационных моделей.

4. Этапы математического моделирования сложных систем.

5. П редставление геопространства в моделях. Точечные, блочные и непрерыв­ ные модели.

Концептуальные модели стратегии развития популяций и экосистем Рассматривается опыт понятийного (концептуального) моде­ лирования стратегии, развития экосистем. Для этого необходимо познакомиться с концепцией гk, I— систем (отбора) Мак-Артура и, Уилсона (1967). Стратегия развития экосистем: концептуальная (вербальная) модель экологической сукцессии Ю. Одума и ее мо­ дификация для водных экосистем (геосистем)..Параметры модели и их порядки для молодых и климаксных (финитных) стадий раз­ вития экосистем циклического, транзитного и каскадного типов.

Для водных экосистем рассматриваются три класса трофности:

ультра-олиго; олиго-мезотрофия; эв-гиперэвтрофия.

Литерат ура Контрольная работа, задание № 1, [ 13 ] - с.324—345, [ 6 ], [ 8 ], [25].

Вопросы для самопроверки:

Концепция г, к, /-систем М ак-Артура и Уилсона.

1.

2. Концептуальная модель экологической сукцессии Ю.Одума. Параметры мо­ дели и их оценки для экосистем суши.

3. Стратегия развития водных экосистем на основе модели Ю.Одума.

Модели роста популяций На основе закона действующих масс рассматривается получе­ ния кинетических уравнений роста популяций в экологии. Рас­ сматривается история моделей биопродуктивности и роста попу­ ляций. Модели Мальтуса (1798), Гомпертца (1825), Ферхюльста (1833,1838), Пирла (1928), обобщенная модель роста популяции.

Вводятся понятия: «емкость среды» и «сопротивляемость среды» в уравнениях роста популяций.

Дается исторический обзор моделирования первичного био­ синтеза, рассматриваются подходы Либиха, Блэкмана, Тейлора, Шелфорда, Митчерлиха - Бауле и их применение в моделях пер­ вичной продуктивности. Для водной среды конкретизируются мо­ дели планктонной продукции и роста гйдробионтов Флеминга (1939), Райлея (1946), Кушинга (1959).

Рассматриваются современные аспекты этих идей в экологий толерантности: гипотеза «клеточной квоты», идея «триггерностй».

Уясняется смысл «Л-моделей» и «М-моделей» первичного био­ синтеза применительно к исследованию водных экосистем и их составляющие: уравнения Эппли, Лаймена, Стила, МихаэлисаМентен-Моно для моделирования первичного биосинтеза фито­ планктона.

Л ит ерат ура Конспект лекции № 3; контрольная работа, задания 2, 3,4, 6; [ 12 ], [ 15 ] - с. 1 4 0 с.2 9 7 -3 4 9.

Вопросы для самопроверки

1. М одели роста популяций: модель М альтуса (1798), модель Гомпертца (1825), модель Ф ерхюльста (1833,1838), модель Пирла (1928); обобщ енная модель роста популяции.

2. И деи Либиха, Ш елфорда, М итчерлиха и их применение в м оделях первичной продуктивности.

3. Концепция «клеточной квоты». Экология толерантности и концепция «триггерности».

4. Уравнения Эппли, Лаймена, Стила, М ихаэлиса-М ентен-М оно для моделиро­ вания влияния факторов среды на первичный биосинтез фитопланктона.

5. «Л » и «М » модели.

6. М одели планктонной продукции и роста гидробионтов: модель Флеминга (1939), модели Райлея (1946), модели Кушинга (1959).

7. М одельные оценки влияния биогенов (азота, фосфора, кремния) на лимита­ цию первичной продукции на годовом этапе функционирования водной эко­ системы.

8. М оделирование первичного биосинтеза на примере фитопланктона.

Модели «хищник-жертва», модели конкурентного развития видов, модели питания гетеротрофов Изучение моделей начинается с модели В. Вольтерра и А. Лотки, на основе которой выводятся: закон периодического цикла, закон «сохранения средних», закон «изменения средних».

Уясните понятия: «усвояемость пищи», «коэффициент трофиче­ ского взаимодействия» и их представление в моделях. Изучается модель возможности выживания конкурирующих видов (модель конкуренции В. Вольтерра и А. Лотки). Вводятся коэффициенты внутривидовой и межвидовой конкуренции, рассматриваются со­ отношения между ними и их использование для прогноза выжи­ ваемости видов.

Рассматривается специфика питания организмов в наземных и водных экосистемах. Затем следует перейти к моделям фильтра­ ции воды зоопланктоном, расчету фильтрационной активности и времени осветления воды зоопланктоном в разные гидрологиче­ ские сезоны, моделированию связи рациона с внешними фактора­ ми и концентрацией корма и обобщенной модели питания гетеро­ трофов на примере водной экосистемы (по В.В. Дмитриеву). Для этого вводятся и формализуются понятия: скорость потребления пищи, фильтрация, фильтрационная активность, время осветления воды, рацион, экологический рацион, отброшенная пища, усвоен­ ная (ассимилированная) и неусвоенная пища, отношение рациона к экологическому рациону, матрица трофического взаимодейст­ вия, суммарная пища, пороговая, поддерживающая и критическая концентрации корма.

Рассматривается истории создания моделей. Модели Райлея (1946). Детерминированная модель. Модели Кушинга (1959).. Мо­ дель В.В. Дмитриева фильтрационной активности и времени ос­ ветления воды зоопланктоном в разные гидрологические сезоны.

Современные представления о питании зоопланктона. Скорость потребления пищи. Ассимиляция пищи зоопланктоном. Рацион и экологический рацион. Отброшенная пища. Выделение в среду неусвоенной пищи. Общая схема моделирования питания гетеро­ трофных организмов в водных экосистемах.

Л ит ерат ура Конспект лекций № 3 и № 4; контрольная работа, задание 5; [ 5 ], [ 9 ], [ 6 ], [ 8 ].

Вопросы для самопроверки

1. М одель «хищ ник-жертва» В.Вольтерра и А.Лотки. Закон периодического цикла. Закон «сохранения средних». Закон «изменения средних».

2. М одель конкурентного развития видов В.Вольтерра и А.Лотки. В озм ож ности выживания конкурирующ их видов,

3. М одели фильтрации воды зоопланктоном. Суммарная пища. Критические концентрации корма. Расчет фильтрационной активности и времени осветле­ ния воды зоопланктоном в разные гидрологические сезоны.

4. К оэффициент трофического взаимодействия и его представление в моделях.

Матрица трофического взаимодействия. Питание гетеротрофов. М оделиро­ вание скорости потребления пищи зоопланктоном.

5. Оценка самоочищения водной экосистемы на основе моделирования фильт­ рационной активности и времени осветления воды зоопланктоном.

Моделирование трансформации органического вещества в экосистеме.

Прежде чем приступить к рассмотрению моделей бактериаль­ ной продукции и транформации вещества, необходимо познако­ миться с экологией бактерий и их ролью (и экологической нишей) в экосистемах. Последовательно рассматриваются модели Хумитаке-Секи (1982), Огриттера-Фелпса (1925) и кинетические модели биохимического потребления кислорода (БПК). Затем можно пе­ рейти к модели «популяция-субстрат» (Баго ввести понятие «экономического коэффициента» бактерий и рас­ смотреть модель Кенейла (1969) и моделирование биогеохимических циклов биогенных элементов в водной экосистеме на при­ мере цикла азота по модели Мияки и Вада (1968). После этого рассматриваются скорости обменных процессов в водном бактериоценозе и моделирование удельных скоростей массообмена в бактериоценозе: рост, траты на обмен, естественное отмирание;

внешний бактериальный гидролиз взвеси бактериями ассоцииро­ ванными с детритом. Выводятся формулы для расчета бактери­ альной продукции. Рассматриваются: моделирование трансфор­ мации РОВ, зависимость удельных скоростей процессов разло­ жения компонентов РОВ от температуры воды. Оценка состояния водной экосистемы по соотношению скоростей обменных про­ цессов в модели водного бактериоценоза; построение модели бактериального продуцирования органического вещества в водо­ еме; современные представления о балансе скоростей массооб­ мена в водном бактериоценозе.

Обсуждаются результаты моделирования годового цикла функционирования водных экосистем (примеры моделирования).

Литерат ура К онспект лекции № 4; контрольная работа, задание 5; [ 5 ] - с. 156—165; 174—179, [26], [37], [38].

Вопросы для самопроверки

1. М оделирование трансформации органического вещества в природных водах.

2. М оделирование биогеохимического цикла азота в водной экосистеме. М одель Мияки и Вада.

3. М одель Стриттера-Фелпса (1925).

4. М одель «популяция-субстрат» (Багоцкий, Вавилин, 1976).

5. Понятие «экономического коэффициента» бактерий.

6. М одель Кенейла (1969).

7. М оделирование удельных скоростей массообм ена,в бактериоценозе. Внеш ний бактериальный гидролиз взвеси бактериями, ассоциированными с детритом.

8. Расчет бактериальной продукции. М оделирование трат на обмен бактерий.

Единые схемы баланса скоростей в моделях экосистем Выводится связь между скоростями в системе «биоцёнозбиотоп» на примере первичного продуцирования ОВ й трат на об­ мен у продуцентов, консументов и редуцентов в водной'экосисте­ ме. На данном этапе разбирается точечная обобщенная модель транслокации и трансформации вещества в водной экосистеме.

Рассматриваются возможности моделирования замкнутых и от­ крытых по веществу экосистем.

‘ Л ит ерат ура Конспект лекции № 4; [ 2 ] - с.2 9 -3 2 ; 190-195.

Вопросы для самопроверки

1. Связь м еж ду скоростями массообм ена в систем е «биоценоз-биотоп» на при­ мере первичного продуцирования О В в водной экосистеме, питания гетеротрофов, бактериального продуцирования органического вещества в водной экосистеме.

2. «Алхимические» превращения в моделях, их происхож дение и устранение.

Глобальные экологические модели Глобальные проблемы современности. Римский клуб. Гло­ бальные социально-эколого-экономические модели. Модели ус­ тойчивого развития. Модели Римского клуба. Мир-1 Мир-2. Пара­ метры и уравнения модели «Мир-2» Дж. Форрестера. Результаты моделирования и их Оценка. Модель «Мир-3». Отличие модели «Мир-3» от предшествующих моделей. Модель МесаровичаПестеля (1974). Модель В. Леонтьева «Будущее мировой экономи­ ки» (1977). Лоуренс Клейн и система «ЛИНК» (1977).

Модель Всемирного банка «СИМЛИНК». Модель ГОЛ. COM3 - Система Оценки Мировой Энергетики. Модели ВПК. Система для анализа глобальной безопасности и устойчивого развития акад. И.В. Мат­ росова (1997). Мировая экономика и модели эколого-экономического развития отдельных государств. Концепции и модели ус­ тойчивого развития цивилизации. Модели устойчивого развития регионов. Парадигма и стратегия и устойчивого развития. «Уроки будущего», определенные «Глобальной экологической перспекти­ вой» («ГЕО-3», Йоханнесбург, 2002).

Л ит ерат ура Конспект лекции № 4; [11] - с.1 3 9 -1 8 2, [19].

–  –  –

Задание по работе. Используя приведенную концептуальную модель стратегии развития наземных экосистем и материал ауди­ торных занятий, предложить концептуальную модель стратегии развития водной экосистемы.

Указание. Для-выполнения работы выбрать не менее 5 при­ знаков, входящих в табл.1, в первую очередь - из числа отмечен­ ных (*) и обосновать их характерное значение в водных экосисте­ мах разной продуктивности, для трех классов трофности: «у/о олиготр.», «олиго-мезотрофных» и «эвтр.-гиперэвтрофных»

(можно в терминах «высокое»-«низкое»).

–  –  –

Задание № 2 Моделирование влияния температуры воды на рост планктонных водорослей Под первичной продукцией понимается биомасса или энер­ гия, накопленная продуцентами за единицу времени на единицу пространства. Различают валовую и чистую («валовая» минус «траты на обмен») первичную продукцию. Под деструкцией по­ нимается разложение и превращение органического вещества в неорганическое организмами-деструкторами.

Найдем валовую первичную продукцию ( в л на основе сле­ Ра) дующей модели (Дмитриев, 1995; 2000):

Ра = (/ р+rp)F, вл и где ju р - интенсивность чистого первичного биосинтеза фито­ планктона (удельная скорость роста), rF - интенсивность трат на обмен фитопланктона, F - биомасса фитопланктона.

Расчет fi F для моделей митчерлиховского типа (одновремен­ ный учет влияния всех факторов) выполним по формуле:

» F =f(t)*f(I)*f(E)*f(3B), (1 ) где t - температура воды, I - в слое толщиной Н /(Б)- функция ;

влияния биогенов (азота, фосфора, кремния); f(3B) - функция влияния загрязняющих веществ.

Целью работы является расчет только функции / / F = f(t).

Эта функция может быть названа максимальной удельной скоро­ стью (интенсивностью) роста и рассчитана разными способами, в том числе по:

-уравнению Аррениуса: f(t)=f0exp(-E/RT); (2)

- степенной функции: f(t)=f0aat+b; (3)

- через температурный коэффициент

–  –  –

В расчетах принять:

1а - оптимальную температуру воды для диатомового фито­ планктона 15°С; tf, =0,0°С; t i =25,0°С; a F =2.3; параметры mm F max i aF = - 0,298; V, =1500 мкм3; bF = 4,324 заданы характерными для l f i диатомового фитопланктона.

1в. Оптимальная температура воды для зеленых: 26 °С; t i F mm = 10,0; ti = 35,0; a Fi= 2,3; параметры aF = - 0,523; Vf,=\Q мкм3;

F max i bpi = 5,373 заданы характерными для зеленых.

2. Выполнить расчёты для вариантов. Представить результаты графически. Сравнить результаты, полученные по (6) и (7). Какие водоросли получат преимущество в развитии в летнее время года?

3. Сильно ли влияет температура воды на рост водорослей?

Как изменятся результаты с увеличением (уменьшением) опти­ мальной температуры воды на ±5°С (для июля)?

4. В каких случаях Вы рекомендовали бы использовать при моделировании модель (6) и модель (7).

Л ит ерат ура

1. Eppley R.W. Temperature and phytoplankton growth in the sea// Fish. Bull.

1972. Vol.70, N4, p. 1063-1085.

2. Goldman J.C., Carpenter E.J. A kinetic approach to the effect of temperatura on algae growth // Limnol. and Oceanogr. 1974. Vol. 19, N 5, p.756-766,

3. Lehman T.T., Botkin D.B., Likens G.E. The assumption and rationales of a com­ puter model of phytoplankton dynamics // Limnol. and Oceanogr. 1975. Vol.20, N 3, p.343-364.

4. Дмитриев В.В. Диагностика и моделирование водных экосистем. СПб, Изд.

СПбГУ, 1995, 215 с.

5. Дмитриев В.В. Влияние изменений температуры среды и светового режима на функционирование водной экосистемы // Расчетные гидрологические харак­ теристики: Междувед. сб. науч. трудов Ленингр. гидромет ин-та / Под ред.

А.М.Владимирова. Л., 1991. Вып.ИО, с.94— 98.

6. Сергеев Ю.Н., Колодочка А.А., Круммель Х Д и др. Моделирование процессов переноса и трансформации вещества в море. Л., Изд-во ЛГУ, 1979, 296 с.

7. Третьяков В.Ю., Дмитриев В.В. Влияние различных экологических факторов на интенсивность первичного биосинтеза // Вестн. Ленингр. ун-та. Сер. Гео­ логия и география. 1987. N 27, Вып. 4. С.104-107.

–  –  –

где е - основание натурального логарифма. Параметр / к - видоспе­ цифичен, изменяется зонально и по сезонам года.

Функция f(I) изменяется в диапазоне от 0 до 1,0. Обратная ей функция l/f(I) показывает, во сколько раз недостаток света уменьшает максимальную удельную скорость роста. Её нахожде­ ние для разных таксонов водорослей и является основной задачей работы.

Задания по работе:

Оценить и представить графически влияние освещенности на рост различных таксонов фитопланктона внутри года (функция l/f(I)) для следующих вариантов. Освещенность 10, МДж/м2сут задать по таблице 1. Для перевода МДж/м2 в кал/см2 используйте переводной коэффициент 1 МДж/м2= 23,866 кал/см2.

–  –  –

2. Проанализируйте, какие из перечисленных факторов и ко­ гда в наибольшей степени определяют световой' режим данной водной экосистемы, и какие таксоны фитопланктона и когда име­ ют преимущества в развитии внутри года.

Л ит ерат ура

1. Дмитриев В.В. Диагностика и моделирование водных экосистем. СПб., Изд.

СПбГУ, 1995,215с.

2. Климат Ленинграда. П од ред. Ц.А. Ш вер, Е.В. Алтыкиса, JI.C. Евтеевой, Л., ГМ И, 1982, 252 с.

3. Кондратьев К.Я., Филатов Н.Н., Зайцев Л.В. Оценка водообмена и зон за­ грязнения водоемов по данным космической съемки. ДАН СССР, 1989, 304, 4, с.829-832.

4. РаймонтД. Планктон и продуктивность океана. 2-е изд. М.,1983,Т.1,568 с.

5. Сергеев Ю.Н., Дмитриев В.В. Оценка современного состояния и перспектив эвтрофирования восточной части Финского залива на основе Моделирования круговорота вещества в водной экосистеме / Вестник ЛГУ, 1990, сер.7, вып.1, № 7, с.50-62.

6. Скриптунов Н.А., Ермак К.И., Иоселев Я Х. и др. Гидрология устьевой облас­ ти Невы, М., 1965, 383с.

7. Третьяков В.Ю., Дмитриев В.В. Влияние различных экологических факторов на интенсивность первичного биосинтеза // Вестн. Ленингр. ун-та. Сер. Геология и география. 1987. N 27, Вып. 4. С. 104-107.

8. Hoeg S, Schellenberger G. U ber A nderungen der Licht texiction in einem eutrofen See und ihre Ursachen // Acta Hidrophysica, XIII, Heft 1, 1968, s. 11-60.

9. Maeda O., Ichimura S. O n the high density o f a phytoplankton population found in a lake under ice // Intern. Rev. gesamt. Hydrobiol. 1973. Bd.58, H.5, p.78-90.

10. Steele Т.Н. Environmental control o f photosynthesis in th e sea // Limnol. and Oceanogr. 1962. Vol.7. N 2, p. 98-117.

–  –  –

2. Результаты работы представить графически (по ОХ - время, по О У - г rN,г,rFe для вариантов) или таблично.

Р, s i Литерат ура.Дмитриев В.В. Диагностика и моделирование водных экосистем. СПб., Изд.

СПбГУ, 1995, 215 с.

2. Дмитриев В.В. Методические указания к практикуму по моделированию кру­ говорота вещества в водных экосистемах. Часть I. Учебно-методическое из­ дание. СПб, Изд. СПбГУ, 2002, 38 с.

3. Третьяков В.Ю., Бойцов А.В., Васильев В.Ю. и др. Сезонная динамика содер­ жания биогенных элементов и влияние различных факторов на интенсивность первичного биосинтеза в оз.Ильмень // Актуальные проблемы современной лимнологии. Л., 1988, с.43-47.

4. Третьяков В.Ю., Дмитриев В.В. Влияние различных экологических факторов на интенсивность первичного биосинтеза // Вестн. Ленингр. ун-та. Сер. Гео­ логия и география. 1987. N 27, Вып. 4, с. 13—17.

5. Экосистема озера Ильмень и его поймы. Изд. СПбГУ, 1997, 275 с.

Задание № 5 Моделирование питания зоопланктона. Моделирование самоочищения водной экосистемы по фильтрационной активности и времени осветления воды зоопланктоном Баланс скоростей массообмена для водного зооценоза, пред­ ставленного агрегированными группами зоопланктона (Z) учиты­ вает соот веаи и крсьасмлци и иорганизма­ крсь ыдня соот сиияи п щ ми, на основе одновременного учета двух способов добывания пищи: фильтрации и хищничества (Дмитриев, 1995). Выберем в качестве основного способа питания фильтрацию.

В Водном кодексе Российской Федерации (2000) в статье 1 содержатся такие определения, как згянневды оъко, арзеи онх бетв зсрне и т щ н евод, и т.п., однако в перечне основных по­ аоеи, с о е и нятий отсутствует определение понятия с мо и е и вд( о о аоч щ н я о вд­ ео) мв.

Следуя И.И.Дедю (1991) с м о и е и есть совокупность ес­ аочщне тественных процессов обезвреживания примесей, поступивших в природную среду или организмы. Под с м о и е и мсеыпо­ а о ч щ н е рд нимается процесс химической, физико-химической и биологиче­ ской нейтрализации (обезвреживания) загрязнителей окружающей среды. Автор отмечает, что для многих стойких загрязнителей или ксенобиотиков самоочищение может быть равно нулю. Под с м ­ао о и е и м вдео понимается свойство водоемов превращать ч щ н е оомв органические и часть неорганических веществ в безвредные со­ единения. Механизмы процессов самоочищения водоемов подраз­ деляются на фзчси (оседание суспензированных частиц, ис­ ииеке парение и др.); хмчси: (окисление веществ кислородом и пе­ ииеке рекисью водорода, гидролиз токсикантов, переход в гидранты, коагуляция и осаждение и др.); бооиеке(включение загряз­ илгчси няющих веществ в обменные процессы, разрушение и перевод за­ грязняющих веществ в не токсические формы соединений и др.). В самоочищении водоемов принимают участие практически все гидробионты, но главную роль играют бактерии и организмыфильтраторы планктона и бентоса.

Рис. 1. Схема моделирования питания гетеротрофных организмов в модели водной экосистемы.

Рассмотрим одно из возможных представлений схемы пита­ ния зоопланктона в соответствии с рис. 1.

Введем значения констант в предложенные зависимости для их использования при расчетах. Функция фильтрации воды зоо­ планктоном: az и Ъ эмпирические параметры. Значение парамет­ ра Ъпринять равным 0,1; параметр а - максимально возможная скорость фильтрации воды зоопланктоном в оптимальных услови­ ях питания (отсутствие голодания, или засорения фильтрационно­ го аппарата при избытке пищи) является функцией индивидуаль­ ного веса организмов. Оптимальная температура fpt, принимается равной 20°С. Параметры функции фильтрации воды: для весны (апрель-май) cF = 1, с- 1, сд= 1. Для других сезонов: cF = 1, cB=l, cD в =0,5. Критические концентрации пищи принять: 5о=0, 5г=1,0, Sc =20 мг сыр.в./л; а =0,25 л/мг сыр.веса сут. Усвояемость пищи зоо­ планктоном: uF= 0,6; и = 0,8; uD = 0,4.

в Согласно выводам Н.С.Строганова (1982), некоторые иссле­ дователи ошибочно причисляют к процессам самоочищения водо­ емов разбавление сточных вод, при котором происходит лишь уменьшение концентрации ЗВ в воде.

Н.Ф. Реймерс (1990) под с м о и е и мпонимает естествен­ аочщне ное разрушение загрязнителя в среде (воде, почве и др.) в резуль­ тате природных физических, химических и биологических процес­ сов. Под с м о и е и мвдпонимается совокупность всех при­ аочщне о родных процессов в загрязненных водах, ведущих к восстановле­ нию первоначальных свойств и состава воды.

Рассмотрим способ оценки самоочищения водной экосистемы по времени осветления воды зоопланктерами-фильтраторами.

Для этого на первом этапе необходимо выполнитьрасчет скорости фильтрации воды зоопланктоном () в оптимальныхусловиях пи­ тания по формуле:

fz = az * exp(b(t-fp)) onm l (1) В (1): /-температура воды, fp - оптимальная температура. Ре­ t альные условия питания часто отличаются от оптимальных, по­ этому необходимо учитывать снижение скорости фильтрации во­ ды зоопланктоном, связанное с голоданием (мало корма) или засо­ рением фильтрационного аппарата (много корма). В связи с этим расчет скорости фильтрации как функции температуры воды и концентрации пищи проводится в несколько этапов.

На втором этапе рассчитывается суммарная пища зоопланктона (iS):

S= + + (2) cf F свВ cdD, где S - суммарная пища, cF, в - коэффициенты трофического с,cD взаимодействия зоопланктона с компонентами пищи; F,B,D - био­ массы фито-, бакгериопланктона и концентрация детрита в воде.

На третьем этапе рассчитывается fz как функция температуры во­ ды и суммарной пищи по способу расчета (3):

–  –  –

Здесь: a=l/Sc b=l/[(Sr-S0 *(2-(S-S0 ; ) )/(Sf-S0 расчетные пара­ )]метры; Sa,St Sc- критические (пороговые) концентрации пищи.

, Смысл функции (3) состоит в возможности расчета скорости фильтрации воды зоопланктоном в зависимости от температуры и наличия в воде суммарной пищи S. Эти возможности и вид функ­ ций иллюстрируются на рис.2.

Затем рассчитывается произведение f2 на биомассу зоопланк­ тона Z. Это произведение называется фильтрационной активно­ стью {Ф ) зоопланктона. Время осветления воды зоопланкто­ А ном (7) есть величина обратная Ф. В зависимости от трофности А водоема оцениваемые параметры могут иметь разные значения (см. табл. 6).

–  –  –

Указание. Перевести сухой вес в сырой, с учетом того, что сухой вес составляет 10% от сырого (для бактерий 20%).

3. Найдите экстремальные значения для времени осветления воды в течение года. Во сколько раз по Вашим расчетам осветле­ ние воды идет быстрее летом, чем зимой.

'4. Как будет выглядеть суммарная пища S при введении в мо­ дель способности «отбрасывать пищу», как это делают хищники, но сохраняя фильтрационный тип питания. Указание. Для этого рекомендуется ввести коэффициент о=С/(С+0), где С - рацион питания хищника, О - отбросы пищи хищником. Можно найти ответ на этот вопрос в лекции №4.

Л ит ерат ура

1. Дмитриев В.В. Диагностика и моделирование водных экосистем. СПб., Изд.СПбГУ, 1995,215 с.

2. Дмитриев В.В. Оценка экологического состояния водных объектов суши/ Экология. Безопасность. Жизнь. Экологический опыт гражданских, общест­ венных инициатив. Гатчина. 1999, с.200-217.

В. Д м и т р и ев В. Практикум по водной экологии и мони­., В.

В

3. Г о л ьц о ва торингу состояния водных экосистем (учебное пособие). Изд. Наука СПб., 2007,- 364 с.

<

–  –  –

СОДЕРЖАНИЕ

П реди слови е

Л итература

В вед ен и е

Сложные ситемы и их основные с в о й с т в а

Компоненты экосистем и внутрисистемные с в я з и

Законы экологии и основные принципы системологии

М атематические модели в эко л о ги и

Основные проблемы, решаемые при создании имитационных экологиче­ ских м о д ел ей

Концептуальные модели стратегии развития популяций и экоси стем..... 14 М одели роста п опуляций

М одели «хищник-жертва», модели конкурентного развития видов, моде­ ли питания гетеротроф ов

М оделирование трансформации органического вещества в экосистеме... 17 Единые схемы баланса скоростей в моделях эко си стем

Глобальные экологические м о д е л и

Контрольная р а б о т а

–  –  –

Редактор И.Г. Максимова JIP№ 020309 от 30.12.96.

Подписано в печать 8.10.10. Формат 60x90 Vie. Гарнитура Times New Roman.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл.-печ. л. 2,43. Тираж 200 экз. Заказ № 49/10.

РГГМУ, 195196, Санкт-Петербург, Малоохтинский пр., 98.

ЗАО «НПП «Система», 197045, Санкт-Петербург, Ушаковская наб., 17/1.





Похожие работы:

«КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 2013 Т. 5 № 1 С. 83105 АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ ЖИВЫХ СИСТЕМ УДК: 574.52: 57.045 Поиск связей между биологическими и физико-химическими хара...»

«МЕСТНОЕ САМОУПРАВЛЕНИЕ Г. ТАГАНРОГ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ ГОРОДСКАЯ ДУМА ГОРОДА ТАГАНРОГА РЕШЕНИЕ № 558 03.06.2013 Об утверждении Положения «О порядке назначения и проведения опроса граждан в городе Таганроге» Принято Городской Думой 30.05.2013 В соответствии с Федеральным законом от 06.10.2003 № 131-ФЗ «Об общих...»

«Программа вступительного испытания, проводимого Академией самостоятельно, по биологии Тема 1. Общая биология Биология наука о жизни. Значение биологической науки для сельского хозяйства, промышленности, медицины, гигиены, охраны природы. Живые системы: клетка, организм, вид, биоценоз, биосфера, их эволюц...»

«Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Экономика и экологический менеджмент» № 4, 2014 УДК 37.043; 316.454.3; 338.24.01 История групповых форм обучения и развитие образования в информационном обществе Канд. пед. наук Дмитренко Н. А. ninadmitrenk...»

«Республиканский конкурс научно-исследовательских работ обучающихся общеобразовательных учреждений имени Д.И.Менделеева Автор: Ветошкина Юлия, ученица 9 класса МОУ «СОШ» с.Керес Корткеросского района Республики Коми «Взаимосвязь тонуса вегетативной нервной системы и уровня здоро...»

«КАВКАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПРИРОДНЫЙ БИОСФЕРНЫЙ ЗАПОВЕДНИК ИМ. Х.Г. ШАПОШНИКОВА СОЧИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПАРК МАЙКОПСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ В.В. Акатов, Т.В. Акатова, А.Р. Бибин, Е.А. Грабенко, Н.Б. Ескин, Ю.С....»

«Денежные переводы 29.12.2011 12:15 Обновлено 03.03.2013 15:17 Денежный перевод представляет собой расчетную операцию по перечислению денежных средств, принятых от физических лиц в адрес юридических, физических лиц или индивидуальных предпринимателей. Банки о...»

«Экспериментальная психология, 2013, том 6, № 3, с. 53–61 СПЕЦИФИКА ВЗАИМОСВЯЗИ ТИПОВ МЫШЛЕНИЯ И СУБЪЕКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ПОНИМАНИЯ ЛУЦКОВИЧ В. В., Международный государственный экологический университет им. А. Д. Сахарова, Белоруссия Настоящая работа посвящена вопросам изучения взаимосвязи т...»

«ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЕТЕВАЯ КОМПАНИЯ ЕДИНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ» СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ СТО 56947007ОАО «ФСК ЕЭС» РУКОВОДЯЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ ПОДСТАНЦИЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 6-750 кВ Дата введения: 03.02.2012 ОАО «ФСК ЕЭС» Предисловие Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации уста...»

«МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РФ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ СОЦИАЛЬНОЙ РАБОТЫ И КЛИНИЧЕСКОЙ ПСИХОЛОГИИ МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ БИОЛОГИИ Учебно-методическое по...»

«Муругин Владимир Владимирович КОМПЛЕКС МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ NK-КЛЕТОК В НОРМЕ И ПРИ ПАТОЛОГИИ 03.03.03 иммунология Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Научный руководитель: кандидат медицинских наук Пащенков М.В. МОСКВА ОГЛАВЛЕНИЕ СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ...»

«ПРОЕКТ «САХАЛИН-1»ОТЧЕТ О ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ОБЛАСТИ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ КОМПАНИЯ «ЭКСОН НЕФТЕГАЗ ЛИМИТЕД» 2015 г. Отчет о деятельности компании ЭНЛ в области охраны окружающей среды в 2015 г. Проект «Сахалин-1» Содержание 1. Мероприятия по техник...»








 
2017 www.pdf.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - разные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.